中国金属矿山露天采矿技术（含爆破技术）进展及发展趋势

建国以来，我国金属矿山露天采矿技术取得很大的进展，随着发展，我国在露天矿陡帮开采、高台阶开采、穿爆技术方面发展迅速并具有一定的技术优势，基本是跟随国际研究趋势，甚至部分技术达到了国际领先。在露天矿山运输系统、设备大型化、自动化方面已经接近国际先进水平，在数字矿山、开采监控手段现代化以及矿山现代管理等方面较大。

金属矿山露天采矿技术进展及发展趋势

迁困难、费用高的缺点，大型移动破碎机组的研发取得了快速发展。国外大型露天矿诸如澳大利亚的纽曼山铁矿、加拿大的兰德瓦利铜矿、美国的西雅里塔铜钼矿等的间断—连续开采工艺也多采用可移式破碎站。我国鞍钢齐大山铁矿于1997年在国内首次建成了采场内矿、岩可移式破碎胶带运输系统，该系统自投产后一直运转正常，标志着我国深凹露天矿间断—连续开采工艺达到了世界先进水平。

【开采设备大型化】钻机方面，我国金属露天矿山的穿孔设备包括牙轮钻和潜孔钻，大型矿山主要采用牙轮钻，钻孔直径以250mm、310mm为主，中小型露天矿山主要采用潜孔钻，钻孔直径多数为200mm;国外穿孔设备基本采用牙轮钻，钻孔直径大多为311～381mm、445mm、559mm。铲装方面，国外以电动铲设备占绝对优势(约占48%)，但液压电铲的应用在不断扩大(约占26%)，斗容以21m3、38m3、43m3为主;国内主要以电铲为主，目前太原重工已研制出WK－75型矿用电铲，斗容达到75m3，为世界最大级别的挖掘机。汽车运输方面，目前国外大型矿山使用的电动轮汽车，其载质量大多为240吨、320吨、150吨，最大可达到363吨，我国大型露天矿用汽车载质量大多数为120吨、170吨。2015年11月，航天重工自主研制了H吨3363两轴电动轮矿用自卸车，载质量达到363吨，标志着国产露天矿用汽车装备迈入世界先进水平行列。

【爆破技术】国外露天矿广泛采用大区多排微差爆破技术，以增加每次爆破的矿岩量，减少爆破次数，提高设备利用率，改善爆破质量，这已是一般通用的形式。新型炸药以及爆破器材不断问世对提高爆破精度、改善爆破质量、加强爆破安全等都有重大的影响。

【生产管理自动化】国外金属露天矿在生产管理自动化、计算机在线控制和设计应用等方面，开发出多款软件平台，如Gemcom公司的surpac、mineshed、whi吨吨le，Micromine公司的micromine、fieldmarshal、gbis等已取得显著成就。这些软件平台可以进行露天矿境界优化、设计，生产进度计划编制，露天矿开发战略性规划，生产模拟分析，评价开拓运输系统与选择装运设备，编制汽车调度系统，实现采装运设备维修计划管理，计划备品配件存储和供应控制，模拟主要生产过程和优化工作参数，进行财务分析等。我国近年来也自主研发了相关软件平台，如中南大学数字矿山研究中心自主研发的dimine软件、北京3DMINE矿业软件公司研发的3Dmine软件，但总体自动化管理程度不高，需要经一步加强。

【开采工艺向连续化、集约化发展】传统的露天开采是矿岩爆破后，在工作面用铲装设备装载到运输工具(汽车或铁路)，然后运输到目的地。几十年来，露天开采技术不断发展，开采装备日趋大型化，国内露天矿山的挖掘设备斗容达到15m3以上，大型运输设备—电动轮汽车载重吨位达到154吨以上，极大提高了矿山产能，但是，随着石油等主要原材料价格的不断上涨和CPI物价指数的高攀，矿山开采成本直线上升;随着露天矿山深凹开采条件日益恶化，矿山运输距离增加，运输效率降低，运输能耗加大，矿场内环境污染加剧等诸多问题制约着我国露天开采技术的发展。因此，需要从露天采矿工艺源头探寻新型采矿技术方法与配套装备，解决矿山高成本、高污染、高能耗问题。大型露天矿集约化、连续化开采技术将转变矿山运输理念，摈弃移动式运输工具传统观念，发展露天开采传输式物流新观念，创新露天开采技术理论，实践建立露天采场工作面矿石装载—破碎—输送的集中化开采系统。这将是一个全面提高矿山开采技术水平，实现高效、环保、节能目标的新型露天采矿方法，是未来大型露天矿山技术发展的趋势。

【装备水平向大型化、智能化发展】回顾采矿历史，露天采矿的发展主要就是通过采矿设备的进步而实现的，在过去的20多年里，采矿设备大型化的趋势十分明显，特别是没有作业空间限制的露天矿设备，工作质量达数百上千吨乃至数千吨的设备种类繁多。采矿装备水平的快速发展，极大地改变了采矿方法和工艺，推动了采矿技术的发展。国外大型露天矿最高年产矿石量已达到4000万吨～5000万吨，普遍采用10m3以上斗容的电铲和载重170吨以上的卡车，最大电铲斗容达到43m3，卡车载重已达240吨，爆破炮孔直径目前已普遍向400～440mm发展，每次爆破规模保持在60万吨～100万吨;台阶高度普遍达到15m以上，个别达到20m。而我国最大的露天矿(单一采场)年产仅为800万吨～1200万吨铁矿石，电铲斗容多数为4～10m3，卡车载重大多在25～75吨。实践证明，应用大型装备实现大规模的矿山生产，必然会给企业带来高的效益。

【大型极深部露天矿山开采技术将得到发展】目前，我国已有部分露天矿山进入极深部开采阶段，取得了一定经验，也存在一定问题:①进行极深露天开采时，开采成本增加、运距增加，运输条件恶化，生产产量进入衰减期;②露天矿进入极深部开采时为解决高陡边坡稳定性和深层水对边坡影响问题，投资巨大;③对进入极深露天矿开采的矿山，由于采场爆破等有害气体的扩散缓慢，造成开采效率下降和环境污染问题。未来10年内，国内大部分露天矿山都将陆续进入深部、极深部开采阶段，解决好极深部露天矿开采的特殊技术问题，以较小的投资、较短的时间、安全地实现矿山稳产增产，对实现矿山可持续发展具有重要理论价值和实用意义，是我国金属采掘业发展面临的迫切需要解决的综合性技术问题，具有广阔的应用前景。

【露天数字化矿山技术将改变矿山传统开采技术和工艺，实现矿山作业的自动控制和科学管理自动化】我国露天数字化矿山技术在“十一五”及“十二五”国家科技计划项目的支持下，已取得了一定成就，但总体而言，我国矿山采矿生产的信息化和智能化水平与国外矿业发达国家相比仍然存在巨大差距，我国矿山的技术装备水平、劳动生产效率和安全保障能力远低于国外先进水平，亟需进一步发展自主的智能开采技术与装备，并促进其产业化。其中，包括矿山虚拟现实平台、矿山开采过程智能化管控平台、智能开采软件、矿山生产智能化系统、矿山物联网关键技术、矿山开采过程智能化实时监测与控制技术、智能开采装备及其智能操控技术、智能开采标准体系、采矿环境监测监控技术等。数字化矿山技术将从根本上提高我国矿山的本质安全性，增强我国矿业行业的核心竞争能力，使我国从矿业大国真正走向矿业强国，同时，将有力促进智能矿山仪器与装备这一新兴产业的兴起与发展。

【重视环境保护的研究和成果的应用，是未来10年建设现代化露天矿山不可缺少的】21世纪是以环境保护为前提的工业发展的新时期。露天矿是一个破坏生态环境的行业，为实现环境友好型的矿山企业发展前景，必须对矿山的开采中和开采后的地质环境进行综合治理，土地复垦。

据某矿统计，由于大气严重污染而被迫停产时间达10%～12%，即年累计1个月以上。为了改善作业环境，矿山应用了固定式、移动式除尘装置及自动控制系统，以及各种有效的单机抑尘防护措施和综合防尘方法，有效地控制了毒尘危害。我国露天矿的通风防尘，随着深凹露天矿的出现，已经引起重视，露天矿钻机防尘、爆破降尘，路面防尘已取得了良好效果。
  国外一些矿业发达国家十分注重土地复垦技术的研究开发与应用。前苏联列别金采选联合公司露天矿占用最肥沃的黑土地，投产以来已剥离岩石和土10亿m3，破坏的土地超过4000hm2，9个排土场、尾矿库、露天采场、工业场地、水库和其他建筑物总计占地1万hm2，其中55%为可耕地，在国家有关部门指导下，吸收科技力量共同治理，进行复田或种树，投产以来累计复垦面积也达到1万hm2，成绩显著。我国露天矿山排土场是矿山土地复垦的最主要对象。例如:大冶铁矿解放后近40年共采出铁矿石8000万吨，采剥总量达3.9亿吨，同时由于采掘挖损、压占、塌陷废弃共占用土地达1121hm2(16815亩)。经过几年的研究开发和综合治理使硬岩排土场的复垦已成为现实，但速度较慢。可以看出，我国与国外相比还有一定差距，当务之急是如何将国内外已有的先进环保技术与装备工程化，在矿山推广应用，尽快改善矿山环保存在的种种问题。
  【无(低)废开采技术将得到发展】在采矿过程中，矿山不仅获得了所需要的有用物质，同时也产生大量的废弃物和形成灾害，如废石、尾矿在地表的堆置，地表塌陷和边坡破坏等。废石、尾矿堆置在地表，不仅占用大量宝贵的土地，而且产生严重的大气与水体污染，同时也为形成泥石流、滑坡和尾矿坝垮塌事故提供了条件，地表塌陷、边坡滑塌给人们的生命和财产造成了巨大损失。因此，国外近20年来对减废开采技术进行了大量研究。实现无废开采的途径，一是采用产生废弃物少的采矿方法和工艺技术，二是将采矿产生的废弃物再返回到露天坑，即露天矿内排。
  要实现无废采矿，不仅要在观念上充分认识其重要性，而且更要在采矿工程布置、开采工艺技术、集运装备技术等方面进行系统的研究。